塑料激光焊接工艺
在环保被越来越重视的时代,工艺的成本大幅下降,激光焊接专用塑料开始国产化这3个因素之下,塑料激光焊接技术被越来越频繁的提及,其技术的应用也逐渐被大家所知,比如在汽车行业、医疗行业、家电行业以及电子电器行业等的应用。在焊接工艺的应用中,焊接质量的考量关键在于对焊缝的检测,焊缝的美观、密封性、耐老化性以及力学性能抗冲击等,本文就塑料激光焊接的焊缝设计做一个简单的介绍。
塑料激光焊接技术本身已经发展了几十年,不是一个新技术。但是在最近几年,随着激光发生器价格下降,电子/电气元件体积减小,以及更加苛刻的外观要求,塑料激光焊接工艺正迅速被各行各业所应用。
焊接部件设计的基本要求
注塑件的焊接性能主要有以下几个方面决定:
-
元器件的设计要求;
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所使用的焊接工艺;
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零件的材料;
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零件的结构。
为了能够在焊接区域内产生焊接过程中所需的焊接压力,焊接部件的结构需要根据使用的焊接工艺进行设计。激光透射焊接中,要求透射激光的部件具有较高的透射率,使得激光光束能够直接作用于焊接区域。而焊接半结晶塑料或者填充塑料时,需要在保证部件机械性能的基础上,使激光的穿透深度尽可能的浅。
焊接部件设计的基本要求
注塑件的焊接性能主要有以下几个方面决定:
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元器件的设计要求;
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所使用的焊接工艺;
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零件的材料;
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零件的结构。
为了能够在焊接区域内产生焊接过程中所需的焊接压力,焊接部件的结构需要根据使用的焊接工艺进行设计。激光透射焊接中,要求透射激光的部件具有较高的透射率,使得激光光束能够直接作用于焊接区域。而焊接半结晶塑料或者填充塑料时,需要在保证部件机械性能的基础上,使激光的穿透深度尽可能的浅。
塑料激光焊接优点
焊缝清洁,无颗粒物污染。采用红外激光束而非摩擦加热方式,因此焊接过程不产生颗粒物。同时,可以精准的控制加热区的位置和大小,因此溢料控制更灵活简单。快。能量的高度集中意味着塑料的加热速度非常快。热影响区域控制精准。因此,非常适合小型化的电子电气产品。无有害振动。避免了对内部元件的损伤。塑料激光焊接缺点
激光系统配置成本高。对零件材料有特殊要求,上层零件透光率应大于15%,下层零件需要添加1%体积的炭黑。零件结构设计有限制,一般要求上层零件厚度小于3mm,且不能有结构阻挡激光束。注塑精度有一定要求,零件平面度应小于0.2mm,装配后上下层之间间隙应小于0.1mm。
材料的光学性能要求
在激光透射焊接中,对两焊接部件光学性能的要求有很大的不同。焊接的先决条件就是一个焊接部件激光透射率很高,而另一个部件激光吸收率很高。同时,两焊接部件的激光反射率都不能太高,否则要使用很高的激光能量密度才能够使焊接区域内的材料熔化。
在近红外光谱范围内,无添加剂的热塑性塑料通常都有很高的激光透射率。同时,不透明的局部结晶塑料、着色塑料以及使用特殊染料着色的黑色塑料也可能具有足够的激光透射率。而通过添加激光吸收剂,可以使焊接部件在表层吸收激光能量。
焊接接头型式的工程设计
需要根据焊接任务的要求,来设计零件焊接区域的形状。焊接工艺的选择、注塑零件的形状以及两焊接零件的光学和机械性能决定了焊接接缝的型式。注塑件中的交叠部分(如接套、插槽、定位结构等)不能位于激光光源与焊接接缝之间,因为这样会产生阴影阻碍激光传输。
激光透射焊接一般可以分为有焊缝位移和无现焊缝位移两种形式。
如果焊接过程中无焊缝位移,那么焊接接头型式与胶接技术中的接头型式基本相同
轮廓扫描激光焊接。通过伺服驱动激光头或者零件,使得激光束在焊接路径上移动。具有足够的能量来熔化和连接零件。该方式适合平面对平面的焊接,或者塌陷距离小于0.1mm产品。
准同步激光焊接。激光头固定,通过镜头(镜头里面有两面伺服控制的偏光镜)在一定区域内对焊筋进行扫描加热。扫描速度可达500mm/s,并且可根据需要扫描多圈。因此,可认为一圈焊筋同时熔化和连接。也是目前主流且经济的激光焊接系统。适合的产品尺寸,最大可达1m×1m(根据不同材料和应用会有所差异)。
同步激光焊接。利用多个或数十个光纤激光器,根据焊缝轨迹进行排布,同时对焊筋进行加热。优点是焊接速度快。缺点是系统价格最高,且因激光头布置固定,所以换型成本高且不方便。
大多数热塑性塑料,包括无定形和半结晶两种,在自然色或者透明色状态下,都可以采用塑料激光焊接。无定形材料允许玻纤含量小于40%,半结晶材料允许玻纤含量应小于20%。无定形材料可以使用染料或者颜料进行上色,半结晶材料使用染料或者颜料上色时无法焊接。
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